Водонепроницаемость кожи объяснила физика XIX века

У млекопитающих эпидермис — наружный слой кожи, состоящий из нескольких слоев. Причем кожа постоянно обновляется: ежедневно организм теряет около 500 миллионов клеток эпидермиса, а его полная замена происходит за две-четыре недели. Несмотря на это, утечки внутренней среды (крови, лимфы, тканевой жидкости) никогда не происходит, и механизм этой защиты неизвестен.

Прошлые работы показали, что главную роль в защите эпидермиса от утечки играют два верхних слоя — роговой и зернистый. Первый представляет собой барьер типа «воздух — жидкость», второй — «жидкость — жидкость» и отличается плотными соединениями между клетками. В новой работе ученые из Университета Кэйо и других учреждений изучили механизм обновления клеток кожи.

С помощью конфокальной микроскопии они рассмотрели зернистый слой эпидермиса на внутренней части уха у мышей. Оказалось, что клетки этого слоя имеют специфическую форму — уплощенного тетракаидекаэдра Кельвина. Впервые такая фигура была предложена физиком Уильямом Томсоном (лордом Кельвином) в 1887 году как наиболее оптимальная для заполнения пространства.

Тетракаидекаэдр представляет собой объемный 14-сторонний многогранник с шестью прямоугольными и восемью шестиугольными сторонами. В зернистом слое такие многогранники выстраиваются в подобие сот, «склеенных» белком плотных контактов TJ. В ходе обновления старая клетка вытесняется новой, и даже при преждевременном отслоении первой белок препятствует утечке жидкостей.

По словам ученых, результаты предстоит проверить на других млекопитающих: несмотря на сходство глубоких слоев эпидермиса, его верхние слои, например у человека, более разнообразны. Ожидается, что понимание механизма обновления клеток кожи поможет в разработке лечения различных заболеваний, в частности экземы и псориаза. Сейчас их лечение и профилактика затруднены.